Pregled pulznih laserjev

Pregledpulzni laserji

Najbolj neposreden način za ustvarjanjelaserNamen generiranja impulzov je dodati modulator na zunanjo stran neprekinjenega laserja. Ta metoda lahko ustvari najhitrejši pikosekundni impulz, čeprav je preprosta, vendar izgubljena svetlobna energija in najvišja moč ne moreta preseči moči neprekinjene svetlobe. Zato je učinkovitejši način generiranja laserskih impulzov modulacija v laserski votlini, shranjevanje energije v času izklopa impulznega niza in njena sprostitev v času vklopa. Štiri pogoste tehnike, ki se uporabljajo za generiranje impulzov z modulacijo laserske votline, so preklapljanje ojačanja, Q-preklapljanje (preklapljanje izgub), praznjenje votline in zaklepanje modov.

Stikalo za ojačanje generira kratke impulze z modulacijo moči črpalke. Na primer, polprevodniški laserji s preklopom ojačanja lahko s tokovno modulacijo generirajo impulze od nekaj nanosekund do sto pikosekund. Čeprav je energija impulza nizka, je ta metoda zelo prilagodljiva, saj omogoča nastavljivo frekvenco ponavljanja in širino impulza. Leta 2018 so raziskovalci na Univerzi v Tokiu poročali o femtosekundnem polprevodniškem laserju s preklopom ojačanja, kar predstavlja preboj v 40-letnem tehničnem ozkem grlu.

Močne nanosekundne impulze običajno generirajo laserji s preklopom Q, ki se oddajajo v več krožnih obhodih v votlini, energija impulza pa je v območju od nekaj milidžulov do nekaj joulov, odvisno od velikosti sistema. Srednjeenergijski (običajno pod 1 μJ) pikosekundni in femtosekundni impulzi se večinoma generirajo z laserji z zaklenjenim modom. V laserskem resonatorju je eden ali več ultrakratkih impulzov, ki neprekinjeno ciklično krožijo. Vsak impulz znotraj votline odda impulz skozi izhodno sklopno zrcalo, refrekvenca pa je običajno med 10 MHz in 100 GHz. Spodnja slika prikazuje disipativni soliton s popolnoma normalno disperzijo (ANDi) femtosekundnega signala.naprava z vlaknenim laserjem, od katerih je večino mogoče izdelati z uporabo standardnih komponent Thorlabs (optična vlakna, leča, nosilec in miza premika).

Tehnika praznjenja votlin se lahko uporabi zaQ-preklopni laserjiza pridobitev krajših impulzov in laserjev z zaklenjenim načinom za povečanje energije impulzov z nižjo ponovno frekvenco.

Impulzi v časovni in frekvenčni domeni
Linearna oblika impulza s časom je na splošno relativno preprosta in jo je mogoče izraziti z Gaussovo in Sech² funkcijo. Čas impulza (znan tudi kot širina impulza) se najpogosteje izrazi z vrednostjo polovične višinske širine (FWHM), to je širino, po kateri je optična moč vsaj polovica največje moči; Q-preklopni laser generira nanosekundne kratke impulze skozi
Laserji z zaklenjenim načinom delovanja proizvajajo ultrakratke impulze (USP) v velikosti od nekaj deset pikosekund do femtosekund. Visokohitrostna elektronika lahko meri le do nekaj deset pikosekund, krajše impulze pa je mogoče meriti le s povsem optičnimi tehnologijami, kot so avtokorelatorji, FROG in SPIDER. Medtem ko nanosekundni ali daljši impulzi med potovanjem komajda spreminjajo svojo širino impulza, tudi na dolge razdalje, lahko na ultrakratke impulze vpliva več dejavnikov:

Disperzija lahko povzroči veliko razširitev impulza, vendar jo je mogoče ponovno stisni z nasprotno disperzijo. Naslednji diagram prikazuje, kako femtosekundni kompresor impulzov Thorlabs kompenzira disperzijo mikroskopa.

Nelinearnost običajno ne vpliva neposredno na širino impulza, vendar širi pasovno širino, zaradi česar je impulz bolj dovzeten za disperzijo med širjenjem. Vsaka vrsta vlaken, vključno z drugimi ojačevalnimi mediji z omejeno pasovno širino, lahko vpliva na obliko pasovne širine ali ultrakratkega impulza, zmanjšanje pasovne širine pa lahko povzroči časovno razširitev; Obstajajo tudi primeri, ko se širina impulza močno čirkanega impulza skrajša, ko se spekter zoži.